Laboratório de Engenharia Química I

Aula Prática 01

Determinação do regime de escoamento:

Experiência de Reynolds

Prof. Dr. Gilberto Garcia Cortez1

Introdução

Em 1883, procurando observar o comportamento do escoamento dos

líquidos, Osborne Reynolds empregou um dispositivo como

esquematizado na Figura 1 que consiste de um tubo de vidro inserido

em um recipiente com paredes de vidro. Uma solução com um corante

(azul de metileno) foi introduzido na entrada do tubo. Ao abrir a

válvula de controle de vazão, ele observou dois escoamentos diferentes

do corante inserido no interior do tubo: o primeiro, com a válvula

pouco aberta, onde o corante segue ao longo de linhas retilíneas de

movimento do fluido, definido como laminar, e o outro ao abrir mais a

válvula, a velocidade do fluido aumenta e o corante inserido move-se

em trajetórias sinuosas da maneira mais indireta possível. Este regime

de escoamento foi definido como turbulento. Portanto, ele descreveu

como visualizar escoamentos laminares e turbulentos dos fluidos em

movimento.

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Figura 1: Experimento de Reynolds

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Após investigações experimentais e teóricas, Reynolds concluiu

que o critério mais apropriado para o tipo de escoamento de um

fluido líquido em uma canalização foi a seguinte equação:

D v

R e

=

sendo:

v = velocidade média do fluido

D = diâmetro interno do tubo

μ = viscosidade dinâmica do fluido

ρ = massa específica do fluido

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a) Laminar se Re < 2100 (ou 2300)

Transição → muda de um regime para outro,

se 2100 < Re < 4000

b) Turbulento se Re > 4000

O coeficiente, número ou módulo de Reynolds (abreviado como

Re) é um número adimensional usado em mecânica dos fluidos

para o cálculo do regime de escoamento de um determinado

fluido sobre uma superfície. É utilizado, por exemplo, em

projetos de tubulações industriais e asas de aviões.

O seu significado físico é um quociente de forças: forças de

inércia (vρ) entre forças de viscosidade (μ/D).

A significância fundamental do número de Reynolds é que o

mesmo permite avaliar o tipo do escoamento (a estabilidade do

fluxo) e pode indicar se flui de forma laminar ou turbulenta.

Para o caso de um fluxo de água num tubo cilíndrico, admite-se

os valores de 2100 e 4000 como limites. Desta forma, para

valores menores que 2100 o fluxo será laminar, e para valores

maiores que 4000 o fluxo será turbulento. Entre estes dois

valores o fluxo é considerado como transitório.

5

6

Regime laminar

Re ≤ 2100 (ou 2300)

Regime de transição

2100 (ou 2300) < Re ≤ 4000

Regime turbulento

Re > 4000

Ocorre quando as partículas de um fluido movem-se ao

longo de trajetórias bem definidas, apresentando lâminas

ou camadas, cada uma delas preservando sua

característica no meio.

No escoamento laminar a viscosidade age no fluido no

sentido de amortecer a tendência de surgimento da

turbulência. Este escoamento ocorre geralmente a baixas

velocidades e em fluídos que apresentem grande

viscosidade.7

Ocorre quando as partículas de um fluido não movem-se

ao longo de trajetórias bem definidas, ou seja as

partículas descrevem trajetórias irregulares, com

movimento aleatório, produzindo uma transferência de

quantidade de movimento entre regiões de massa líquida.

Este escoamento é comum na água, cuja a viscosidade é

relativamente baixa.

8

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Arranjo físico do experimento de Reynolds:

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Procedimento Experimental

Passo 1: Colocar água até atingir a altura da marca do indicador de nível do tanque;

Passo 2: Inserir um termômetro de vidro no interior do tanque para medir a

temperatura da água;

Passo 3: Abrir o registro da tubulação para uma vazão baixa e manter o nível de

água no interior do tanque adicionando a mesma quantidade de água que está sendo

retirada (regime permanente);

Passo 4: Abrir o a torneira do recipiente que contém a solução de azul de metileno de

modo que o fluido percorra a tubulação de forma linear (escoamento laminar);

Passo 5: Colocar uma proveta na saída da tubulação para coletar o volume num

determinado tempo (vazão de saída);

Passo 6: Repete-se o passo 3 aumentando a abertura do registro da tubulação até

atingir o limite do regime laminar;

Passo 7: Realize o experimento para o regime transiente e turbulento.

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Massa específica e viscosidade da água

C T

água) da de(viscosida m.s

kg

água) da específica (massa m

kg

xT1,94502.10 xT5,6752.10 + 0,00864xT 0,07894xT + 999,71704

0,000221T 0,0337T 1

1,78x10

o

3

47-35-2

2

3

−−=

++=

−

R

64

e

=f

Regime de escoamento laminar

Re < 2100 d v

R e

=

Regime de escoamento turbulento

25,0Re

0791,0 =f 4000 < Re < 10000 (tubo liso)

Prof. António Sarmento MFII –

DEM/IST

Diagrama de Moody

Tubos lisos

Tubos rugosos f=f(e/d)

d

μ

ρvD R

e=

f

1

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Resultados:

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VIDEO DA EXPERIÊNCIA DE REYNOLDS